Zinc-air batteries (ZABs) sunt inter technologias altilium generationis proximae promittentes propter multas notas commodas. Praeclare hae gravidae structuras habent unicas medias apertas, significantem densitatem energiae theoreticae (1,086 et 1,370 Wh kg.-1 cum oxygenio excepto et excluso, respective), electrodes flexibiles, et electrolytici aquei inhaerens. Praeter alia materies in batteries, Zinc (Zn) minus nocet ambitu et abundanti.
Investigatores in Universitate Hanyang in Corea Meridiana nuper designaverunt novum genus cellae zinci-air, quae alias mercaturam technologiae altilium praesto praestare possunt. Hae cellulae marsupulae, quae in charta edita in industria rerum natura, utere (101) phosphosulfate aeris [CPS(101)] ut cathode, anti congelato chitosan-biocellulosico ut electrolytici super-ionici conductoris, et ortae Zn ut anode.
"Previous ZABs liquido utentes (6 M KOH) electrolytici ob pigritiam mominum ob reductionem et evolutionem motus oxygeni (ORR/OER) et irreversibilitatem Zn comitantium reactiones parasiticos per latum temperaturam" Jung-Ho Lee, unum e inquisitores qui studium extulerunt. "Haec pluma inspiravit nos ad electrolytos solido-statui evolvendos, quales sunt officiales bio cellulosi, qui OH transferendi capaces sunt.- iones efficaciter sine parasiticis profectae. "
FBN-substructio electrolytici a Lee et collegis creatis in opere suo praecedente ostendit altam ion conductivity of 64 mS cm.-1 ad locus temperatus. Investigatores autem invenerunt eum subzero et in calidis temperaturis non laborare, propter quaestiones cum frigore et volumine expansionis aquae consociatas.
In nova charta sua investigatores chitosan-bacterial-cellulosicos (CBCs) ut anion-commutationem, electrolytici solidi status, ita suggesserunt. Materiae hae essentialiter constant e bio-celluloso et chitosano, subsequuntur transversis nexus ex 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) et 1,4-diazabicycli [2.2.2] octane (DBO) quaternariorum nexuum.
"Duo processus praecipui usi sumus (TEMPO oxidationis et DBO quaternizationis) batteries anti-congelationis notas significanter emendaverunt, necnon resistentiam contra tumorem, convenientiam ad transversos, et ion-discernendi proprietatem," Lee dixit. Aqua quoque intus CBCs existit et transfert, forma vero eius aqua hypothetica, non aqua liquida. Quam ob rem, altiorem pugnae observantiam ac stabilitatem bonam consequi potuimus etiam in -20 °C."
CBC-substructio membrana electrolytici a Lee et collegae fabricata erat, mixtura solutionum hydroxidi mutabatur. Ita inferiorem pH quam electrolytici alcalini magis conventionales ostenderunt. Nano-fibrosum CPS (101) ab investigatoribus praeparatum est pro applicationibus cellulis cellularum specifice expressum.
"Cum optimalis ratio stoichiometrica CPS(101) est C:P:S = 1:0.5:0.5, variatio rationum stoichiometrica critice influens electronicas operationes in cellis operationibus" Lee dixit. "Phosphorus et aniones sulphuris aequali coordinatione (eadem copia vinculorum Cu-S et Cu-P) in cationibus aeneis servatis satis stabilis ordinis structurae per cyclos subsequentes breves et longi-range.
Dum cellula Zn-aer ab investigatoribus fabricata operaretur, si membrana FBN interphasem solido-electrolythi (SEI), CBCs formare non poterat, stratum SEI robustum generavit, quod ad meliorem cycli vitam ducebat. Porro CBCs superficiem anodeum a corrosionibus et reactionibus lateralibus tutatus est. Hoc cyclos longiores promovere potuit comparati ad gravidas cum aqueo electrolytis vel aliis electrolytis solidi-statis.
" Superior conductivity memoriae ad locus temperatus (86.7 mS cm"-1) est assertor valor ad diem pro conductoribus superion hydroxide relatum, quae duplo altior est quam mercaturae A201,” Lee dixit. "A 5-µm-tenuis, 900-cm2-size membrana CBCs simpliciter coniici potest cum eximia roboris mechanica etiam ad frigoris temperiem -20 . oC in sicco ambiente, cum FBN, A201, vel polysulfone in minutas fragmenta facile deflectit.
Generalia requisita gravida pro altera generatione sunt cella-pack-gradu energiae densitatis> 300 Wh kg-1, US$75 kWh-1, capacitas celeriter praecipiens in 15 min (saltem 80% praecipiens), et facultas operandi amplis temperaturis. Ad haec requisita, machinatores pugnae seriem limitationis superare debent, dum etiam ut gravida sint tuta, electrochemice/mechanice stabilia, materiis abundantibus in terris constructa et redivivus facilis, et bene operandi in latitudine temperaturarum .
ZABs in praeteritis consecutis densitates energiae nimis humiles in gradu cellularum, usitate <40 Wh kg cellulam-1 ad humilis current densitas <I mA cm-2 et solum operans ad locus temperatus. Hae densitates energiae significanter humiliores sunt quam quae ad mercaturam proximae generationis aptae censentur.
"Plurimae cellae Zn-aer relatae verisimile est sequi cyclos 5-10% altitudinem missionis vadum (DOD), quae non potest consequi energiam concursus ad gravida Li-ion," Lee dixit. "Quamvis paucae relationes superiores inquisitionem aream retinuerunt energiam 35 mWh cmgeo-2eorum vita cyclus et DOD intra 100 cyclos et DOD 5-10% restricti sunt, respective. Saltem XX% DOD necesse est ut propria industria CXX Wh kgcellulam-1attamen nulla priora opera secuta sunt haec minima signa quae ad gravidas commerciales requisita sunt.
In charta sua Lee et collegae unum ampere-horam induxerunt (Ah) cellae zinci-aeris flexibiles, quae commercium viable esse possent, sicut densitates energiae ultrah.-graduum cellularum (460 Wh kg exhibent.cellulam-1 et MCCCLXXXIX Wh l-1) Ad amplis temperaturis (-20 ad LXXX " oC), cum magna rate capacitatem 5-200 mA cm-2 super 6000 circuitus pro 20% DOD et 1100 cyclos pro 70% DOD. Hae cellulae marsupulae outperformant multae commercium in promptu Li-ion batteries et alia quae vulgo gravida adhibita sunt.
"Pera nostra cellulae nostrae ostendit densitatem energiae summam cellularum 523 ± 15 Wh kgcellulam-1 (de densitate energiae volumetric~ MDCIX ± XXXV Wh l-1) ad 350 circuitus cum 70% DOD ad densitatem currenti 25 mA cm-2 cellam parametri optimizing,” Lee dixit. "Demonstravimus etiam densitatem energiae volumetricam augeri posse ad ~1800 Wh L ."-1 at marsupium cellam capacitatem ~ XX Ah applicando bipolar positis Technology (Acervus numerus). Hi valores permittunt ad emissionem range of ~800-900 milium per impensas, 100% facultatem intra 15 min, et passibus durabilitatem 1 decies centena milia passuum.
Postquam autem probatae sunt ulterius, novae cellulae zinci-air cellae magna magnitudine gigni potuerunt. Secundum Lee et collegae, potentia etiam adhiberi possunt fuci, vehiculis electricis, vel electricum breve intervallum elit.
"Nos nunc simplicemus synthesim recipis pro CPS (cathode aeris) et CBCs (electrolyto solido) ad productionem scalae dignae", Lee addita. "Etsi nostri ZABs Northmanni agunt ad -20 ad LXXX" oC, etiam conamur operationem temperaturae ampliorem facere. Insuper aluminium loco zinci uti, aestimare potentiam aluminii aeris Pugna. "